Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Chuyển đổi số - "đòn bẩy" để hình thành hệ sinh thái du lịch thông minh

Chuyển đổi số - "đòn bẩy" để hình thành hệ sinh thái du lịch thông minh

Trước sức bật từ sự phục hồi mạnh mẽ sau dịch Covid-19 cùng sức ép cạnh tranh với các điểm đến trong khu vực, ngành du lịch Việt Nam đang đứng trước giai đoạn phát triển mới, nơi công nghệ số đóng vai trò là "đòn bẩy" để đổi mới cách thức quản lý, kinh doanh và phục vụ du khách. Qua đó, đưa du lịch ngày càng phát triển bền vững.

"Chìa khóa" thu hẹp khoảng cách số

"Chìa khóa" thu hẹp khoảng cách số

Phong trào “Bình dân học vụ số” tại Lào Cai đang tạo chuyển biến rõ rệt, giúp người dân và đội ngũ cán bộ cơ sở từng bước làm chủ công nghệ, nâng cao năng lực số, thích ứng với yêu cầu quản lý và phục vụ trong thời đại chuyển đổi số.

Mua sắm Tết online

Mua sắm Tết online

Những ngày giáp Tết Nguyên đán Bính Ngọ 2026, khi nhịp sống cuối năm trở nên hối hả, không khí mua sắm trên địa bàn tỉnh Lào Cai cũng bước vào cao điểm. Bên cạnh hình ảnh quen thuộc tại các chợ truyền thống, siêu thị, cửa hàng, một “chợ Tết” khác đang hình thành ngay trên không gian số.

Bản Lầu đẩy mạnh công nghệ số phục vụ người dân

Bản Lầu đẩy mạnh công nghệ số phục vụ người dân

Sau khi sáp nhập từ ba đơn vị hành chính cũ, xã biên giới Bản Lầu, tỉnh Lào Cai phải đối mặt với bài toán quản lý trên địa bàn rộng, dân số đông và điều kiện tự nhiên phức tạp. Để khắc phục khó khăn, địa phương lựa chọn chuyển đổi số làm khâu đột phá, từng bước đưa công nghệ vào thực tiễn quản lý, điều hành và phục vụ đời sống Nhân dân, góp phần hiện đại hóa nền hành chính công ở cơ sở.

Nâng cao tỷ lệ người dân sử dụng ứng dụng định danh điện tử VNeID mức độ 2

Nâng cao tỷ lệ người dân sử dụng ứng dụng định danh điện tử VNeID mức độ 2

Định danh điện tử VNeID mức độ 2 đang từng bước trở thành “chìa khóa số” quen thuộc trong đời sống người dân Lào Cai. Để hoàn thành mục tiêu đến năm 2026 có 90% người trưởng thành sở hữu tài khoản định danh điện tử mức độ 2, công an các địa phương trên địa bàn tỉnh đã và đang triển khai nhiều giải pháp đồng bộ.

Chuyển đổi số trong hoạt động chuyên môn và quản lý

Tòa án nhân dân khu vực 1 - Lào Cai: Chuyển đổi số trong hoạt động chuyên môn và quản lý

Thời gian qua, dưới sự lãnh đạo, chỉ đạo của Tòa án nhân dân tối cao và Tòa án nhân dân tỉnh Lào Cai, công tác chuyển đổi số trong hệ thống Tòa án nhân dân nói chung và tại Tòa án nhân dân khu vực 1 - Lào Cai nói riêng đã đạt được nhiều kết quả tích cực, tạo chuyển biến rõ nét trong hoạt động chuyên môn và quản lý.

Khoa học mở lối cho nông nghiệp Lào Cai

Khoa học mở lối cho nông nghiệp Lào Cai

Với sự đồng hành của khoa học công nghệ cùng tinh thần đổi mới, sáng tạo của nông dân, Lào Cai đang từng bước hiện thực hóa mục tiêu xây dựng nền nông nghiệp xanh, sạch, bền vững - vừa làm giàu cho người dân, vừa giữ gìn cảnh quan, môi trường và bản sắc.

Nhà nông "bén duyên" với công nghệ số

Nhà nông "bén duyên" với công nghệ số

Từ sản xuất manh mún, phụ thuộc vào thương lái, nhiều nhà nông trên địa bàn tỉnh đã từng bước làm quen, rồi “bén duyên” với công nghệ số để tổ chức lại sản xuất, mở rộng thị trường tiêu thụ. Việc ứng dụng công nghệ số từ khâu sản xuất, tiêu thụ đến thanh toán không chỉ giúp nâng cao giá trị nông sản, ổn định đầu ra mà còn hình thành tư duy làm kinh tế nông nghiệp hiện đại, thích ứng với cơ chế thị trường.

fb yt zl tw